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Definition of a model of energy planning for sustainable diffuse university compuses : evaluation of existing models and application to a case study

LAMI, ROBERTA

Definition of a model of energy planning for sustainable diffuse university compuses : evaluation of existing models and application to a case study.

Rel. Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Valentina Fabi. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2016

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

INTRODUZIONE

Definizione di un modello di pianificazione energetica per campus universitari di tipo diffuso. Valutazione dei modelli esistenti e applicazione ad un caso di studio.

Questa tesi si pone come obiettivo l'analisi critica del modello di pianificazione energetica del Politecnico di Torino valutandone pro e contro in seguito ad un confronto con le "top ranking universities" (in particolare Cambridge ed Harvard, scelte in modo da avere un confronto europeo ed extra europeo). Nel particolare ci si sofferma sulla dimensione "Energy and buildings", la più importante, per valutare l'efficacia delle azioni messe in atto dal Politecnico di Torino in questo campo, applicandole ad un caso studio di riferimento in modo da capire quali siano le più efficaci, quali le meno opportune ed eventualmente come implementarle.

L'attenzione si è focalizzata sui campus universitari poiché per la loro vastità e complessità le università possono essere considerate delle "piccole città". Le grandi dimensioni, gli indici di affollamento e la varietà delle attività che si svolgono nei complessi edilizi che compongono i campus universitari hanno importanti effetti diretti e indiretti sull'ambiente. Di conseguenza, il tema della sostenibilità nei campus è diventata una questione di interesse mondiale per i responsabili politici e i management team universitari. Ulteriore motivo per cui le università dovrebbero prestare particolare attenzione al tema dell'efficienza energetica, si ritrova nel ruolo decisivo che rivestono nell'ambito del planning energetico dei futuri sistemi urbani e delle "smart city'", poiché sono il fulcro della cultura, dell'educazione e della ricerca, nonché esempio per l'intera società.

In tale contesto viene tracciato un breve quadro di riferimento delle politiche di efficienza energetica volte a supportare le università in questo difficile compito.

E stato analizzato un documento redatto dall’IEA ("Building Energy Performance Metrics"), che prendendo in considerazione gli edifici esistenti, suggerisce un percorso a supporto dell'efficienza energetica delle diverse economie. Tale percorso si delinea in diversi punti, tra i quali:

-Migliorare la qualità dei dati;

-Effettuare analisi preliminari;

-Utilizzare metriche per valutare le performance energetiche, come ad esempio il consumo di energia per superficie;

-Generare un modello per valutare il corretto uso dell'energia.

Successivamente, sono state raccolte informazioni riguardo L'ISCN (International Sustainability Campus Network), un Network che supporta le Università nello scambio di informazioni, idee e strategie per integrare la sostenibilità nella ricerca e nell'insegnamento fornendo, per la pianificazione energetica dei campus, delle linee guida sulla base di tre principi: (i) gli edifici e il loro impatto di sostenibilità, (ii) la pianificazione e definizione degli obiettivi, (iii) l'integrazione di insegnamenti, ricerca e sensibilizzazione.

Si è, in seguito, esaminata nel dettaglio la pianificazione energetica del Politecnico di Torino per coglierne le strategie principali, valutarne l'efficacia e permettere un successivo confronto diretto con altri modelli.

All'interno di tale modello gli interventi sono suddivisi in cinque dimensioni: (i) Edifici ed Energia (Energy and Buildings), (ii) Acquisti e rifiuti, (iii) Sensibilizzazione urbana, (iv) Mobilità e città metropolitana, (v) alimentazione e persone. Ciascuna dimensione si impegna a seguire i tre principi guida proposti dall'ISCN e per ogni principio sono evidenziati gli interventi messi in atto con le relative metriche di riferimento, come definite nel Report della IEA ('"Building Energy Performance Metrics").

L'analisi si sofferma sulla prima dimensione ("Energy & Building") del modello di pianificazione del Politecnico di Torino. In particolare, vengono proposte diverse tipologie di interventi per migliorare le prestazioni energetiche delle diverse sedi che lo compongono. La sede di Corso Duca risulta essere il principale oggetto di intervento poiché, come emerge dall'analisi dei consumi delle sedi negli ultimi anni (2011-2014), è quella che riscontra i maggiori consumi. E' anche possibile evidenziare una diminuzione degli stessi in seguito all'applicazione degli interventi dal 2012 al 2014, (ultimo anno di reperimento dati) seppur non sia stato possibile evidenziare quale tra gli interventi effettuati incida maggiormente, inficiando l'analisi dell'efficacia della singola azione.

In seguito, con l'obiettivo di migliorare l'organizzazione e la gestione delle strategie di sostenibilità, tra cui le strategie per l'efficienza energetica degli edifici del campus, del Politecnico di Torino, viene messo in atto un confronto con altri modelli: Harvard e Cambridge. Da tale confronto emerge quindi la necessità di colmare le carenze evidenziate (indicate nella tabella sottostante alla voce "contro"). Nello specifico della dimensione "Energy and Buildings" emerge in particolare la mancanza di una diagnosi energetica preliminare, utile per capire le necessità degli edifici sui cui si va ad intervenire, l'incidenza e l'efficacia degli interventi.

E' stato pertanto scelto un caso studio per effettuare tale la diagnosi energetica e quindi tracciare un percorso da seguire per effettuarla. In particolare, la scelta del caso di studio è ricaduta sul dipartimento di ingegneria dell'Università di Cambridge (ed nello specifico il Baker Building). E' stato scelto questo edificio, sebbene vi siano notevoli differenze nella composizione architettonica del campus universitario di Cambridge rispetto a quella del Politecnico di Torino, poiché, nello specifico, presenta caratteristiche molto simili alla sede di Corso Duca degli Abruzzi, che, come sottolineato, è la sede su cui il Politecnico si è concentrato maggiormente nell'applicazione degli interventi di retrofit.

Sono stati dunque raccolti tutti i dati relativi al caso studio necessari per la creazione della diagnosi energetica in questione. Una volta raccolte tutte le informazioni è stato possibile eseguire tale diagnosi, di cui sono stati riportati tutti i passaggi per delineare una traccia da seguire. Dopo aver terminato la valutazione energetica, i risultati ottenuti sono stati confrontati con i valori dei consumi della certificazione energetica disponibile al fine di avere una conferma della correttezza del lavoro svolto. Successivamente, per migliorare le prestazioni energetiche del caso studio, sono quindi stati ipotizzati gli interventi proposti e applicati dal Politecnico di Torino. Questi ultimi risultano essere scelte adeguate, non solo, anche le più efficaci se confrontate con altri possibili interventi di retrofit energetico proposti sulla base dell'analisi preliminare. Tuttavia non risultano essere i provvedimenti meno invasivi, a tal scopo sono state avanzate alcune proposte d'intervento forse meno performanti ma anche meno radicali.

Parole chiave: Campus Universitari, Modelli dì pianificazione Energetica, Diagnosi energetica, Caso studio.

Relatori: Stefano Paolo Corgnati, Cristina Becchio, Valentina Fabi
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: A Architettura > AL Edifici e attrezzature per l'istruzione, la ricerca scientifica, l'informazione
A Architettura > AO Progettazione
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-04 - ARCHITETTURA E INGEGNERIA EDILE-ARCHITETTURA
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4954
Capitoli:

0.Abstract

0.1.Thesis Road Map

1.Introduction

1.1.Why is it necessary to pursue sustainable development?

1.2.Sustainable Buildings

1.3.Diffuse sustainable University Campus

1.3.1.Method

1.3.2.Assessment tools

1.4.Choice of the case study for the comparison

1.5.Project Aims

1.6.Appendix A

2.Metrics related to energy performance of buildings

2.1.Drivers of energy use

2.2.Energy metrics

2.3.Summing

2.3.1.Energy consumption and savings forecasts

2.3.2.Recommendations for future work

2.4.Appendix A

3.ISCN: International Sustainable Campus Network

3.1.Charter and Guidelines

3.1.1.Principle one: Sustainability performance of buildings on campus

3.1.2.Principle two: Campus-wide master planning and target setting

3.1.3.Principle three: Integration of facilities, research, education, and outreach as a

"living laboratory" for sustainability

4.Politecnico di Torino actions: ISCN-GULF Sustainable Campus Charter Report.

4.1.Politecnico di Torino towards sustainable development

4.1.1.History and description of the Politecnico

4.1.2.The organization of the Politecnico

4.1.3.Focus on the "Energy and Buildings" dimension

4.2.Focus on analysis of the data of the Politecnico consumption

4.3.Appendix A

4.4.Appendix B

5.Top ranking University towards sustainable development

5.1.Harvard University sustainability plan

5.1.1.The road map

5.1.2.Sustainability plan at a glance

5.2.Cambridge University sustainability plan

5.3.Considerations

5.4.Appendix A

6.Analysis and Method

6.1.Method of data collection

6.1.1.Collection of building historical information

6.1.2.Site analysis and drawings collection

6.1.3.Previous Study

6.1.4.Technical document

6.2.Energy diagnosis method

6.3.Interventions of the Politecnico di Torino applied to the case study

6.4.Appendix A

6.5.Appendix B

7.Analysis of the case study: simplified Energy Auditing of the Cambridge

Engineering Department

7.1. Master data and geographical location

7.2.Section of the building envelope

7.2.1.Usage Profile

7.2.2.Dispersion for transmission

7.2.3.Ventilation and internal gains

7.2.4.Envelope building resuls

7.3.Section of plants

7.3.1.Emission

7.3.2.Regulation

7.3.3.Heating distribution

7.3.4.Domestic hot water generation

7.3.5.Heating generation

7.3.6.Audit result

8.PoliTO-Cambridge Comparison

8.1.Heating system

8.1.1.Thermoregulation

8.1.2.Generation system

8.2.Ventilation losses

8.2.1.Replacement windows

8.2.2.VMC

8.3.Saving electricity

8.3.1.Controlling the use of electrical devices

8.3.2.Replacing existing light

8.3.3.Substituting the summer air conditioning system

8.3.4.Photovoltaic panels

9.Conclusion

10.References

11.Bibliography

12.Sitography

Bibliografia:

BIBLIOGRAFIA

Capozzoli Alfonso, Le nuove tecnologie impiantistiche per il risparmio energetico, Quaderni di Bioedilizia Voi. 7, 2011; pag. 8-10-11-12-13-14-15-43.

Booth Adam, Modelling Energy use in CUED, Cambridge, A.Y. 2008-2009.

Booth Adam. Modelling and Simulation of Building Physics. Robinson College, Cambridge. Fourth year undergraduate project. A.Y. 2008-2009.

Docet, MANUALE TECNICO del motore di calcolo DOCETPRO con interfaccia CELESTE, 2009; pag. 34-41.

EN ISO 13790: 2008 - March 2008, Energy performance of buildings - Calculation of energy use for space heating and cooling, 2008; pag. 147.

Soma Franco, Soma Donatella, Chierotti Andrea, La regolazione della temperatura ambiente, December 2012.

Giddings B.; Hopwood B.; O'Brien G. Environment, economy and society: fitting them together into sustainable development, John Wiley & Sons, Volume 10, Issue 4, pages 187- 196, Newcastle, 2002.

Grassi, W.; Testi, D.; Menchetti, E.; Conti, P.; Della Vista, D.; Schito, E.; Fasano, G.; Signoretti, P. Sviluppo di un software applicativo per Taudit energetico negli edifici ad uso residenziale e terziario. Ministero dello Sviluppo Economico, Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile. Università di Pisa. Available online: http://www.provincia.pu.it/fileadmin/grpmnt/1026/rds2012_110.pdf. Accessed on 21 March 2016.

Harvard University, Harvard University Sustainability Plan, Harvard, 2015

Illuminha, ILLUMINAZIONE A LED, Perché sostituire le lampade a fluorescenza (neon), avaiable online.

International Energy Agency. Building Energy Performance Metrics. OECD/IEA, 2015

International Sustainable Campus Network, Purpose and the ISCN Mission and Approach. Available online: http://www.international-sustainable-campus-network.org/about/purpose, accessed on 18 February 2016.

International Sustainable Campus Network, Purpose and the ISCN Mission and Approach. Available online: http://www.international-sustainable-campus-network.org/about/purpose, accessed on 18 February 2016.

ISO/DIS 18523-1, Energy performance of buildings - Schedule and condition of building, zone and room usage for energy calculation, Part I: Non-residential buildings, 2015.

Katircioglu, S. T. Estimating higher education induced energy consumption: The case of Northern Cyprus, 2014, 66, pages 831-838.

KJ TAIT Engineers. University of Cambridge, Department of Engineering, DX cooling survey. Cambridge, 2012.

Marriott Construction. KIER Group. University of Cambridge, Department of Engineering. Building Log Book. Cambridge, 2008.

Penna, M. L 'idea di sostenibilità in architettura. Natura, tecnologia, democratizzazione. Auto-definizioni architettoniche, 2013. Available online:

http://porto.polito.it/id/eprint/2507435

Politecnico di Torino, ISCN-GULF Sustainable Campus Charter Report, Torino, 2015.

Sachs, J. D. L 'era dello sviluppo sostenibile, Università Bocconi Editore, Milano, 2015.

Sonetti, G. Doctoral thesis: Evaluating and Managing the Energy Transition Towards Truly Sustainable University Campuses. Politecnico di Torino, 2016.

Table of Day Degrees of Italian Municipalities grouped by Region and Province, as per Annex A of D.M. May 16, 1995 (Official Gazette no., Office. 24 May 1995, n. 119), available online: http://efficienzaenergetica.acs.enea.it/doc/dpr412-93_allA_tabellagradigiomo.pdf

UNI 10339: 1995 - 30/06/1995 approved by the Law 22 April 1941 and subsequent updates, Air-conditioning system for thermal comfort in buildings - General, classification and requirements - Offer, order and supply specifications', prospectus VII p.23; prospectus IV;

UNI EN 10380, [2], Vol. II, Illuminazione d'interni con luce artificiale, tab. 42.1; pag. 1102.

UNI/TS 11300-2: 2014 - October 2014, Energy performance of buildings, Part 2: Evaluation of primary energy need and of system efficiencies for space heating, domestic hot water production, ventilation and lighting for non-residential buildings, prospectus 17; pages 21-34.

United Nations World Commission on Environment and Development. Our Common Future, Chapter 2: Towards Sustainable Development, 1987.

SITOGRAFIA

Government's website: www.eommunities.gov.uk/epbd

Tabula web tool: http://webtool.building-typology.eu/#bm

The website of Cambridge University: http://www.eng.cam.ac.uk/

The website of Cambridge University: http://www.environment.admin.cam.ac.uk/ The website of the Living Lab: http://smartgreenbuilding.polito.it/

The website of University of Cambridge: www.cam.ac.uk/colleges-and-departments

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